Аккумуляторы: химические реакции в них

Содержание

 

Введение 2

Назначение АКБ 3

Работа  АКБ 7

Ремонт  АКБ 10

Свинцово-кислотный аккумулятор при низких температурах 14

Никель-кадмиевый аккумулятор 16

Заключение 19

Список используемой литературы 20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

На автомобилях  и  автобусах применяются стартерные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Батареи служат для питания всех потребителей электрической энергии систем зажигания, пуска, освещения, сигнализации и т. д. при неработающем двигателе, а также для  питания потребителей совместно с генератором, когда потребляемая ими сила тока превышает максимальную для генератора величину.

Аккумуляторные  батареи при малых габаритах, массе и стоимости должны обладать большой ёмкостью, малым сопротивлением и саморазрядом, большими сроком службы и прочностью, быть надежными в эксплуатации. При пуске холодного двигателя стартером аккумуляторные батареи должны обеспечивать отдачу большой силы тока при малом падении напряжения.

О том как работают автомобильные аккумуляторы и какие химические реакции происходят внутри самого аккумулятора рассмотрено мною в данном реферате.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Назначение АКБ

 

   Свинцовая аккумуляторная батарея  состоит  из бака, который изготавливают  из эбонита, полиэтилена или  асфальтопековой пластмассы. Внутрь  бака из асфальтопековой пластмассы  запрессовывают кислостойкие вставки.

На дне  бака выполнены четыре ребра, на которые  ножками опирается каждая положительная  и отрицательная пластины. Во избежание  замыкания ножки положительных  и отрицательных пластин опираются  на разные ребра.

   В пространстве между ребрами  скапливается  осыпающая с течением  времени активная масса пластин(шлам),что на некоторое время предупреждает замыкание разноименных пластин. В батареях типа 6СТ-60 и других в крышках баков, изготавливаемых из эбонита или полиэтилена, имеются четыре отверстия: два крайних, для полюсных выводов полубаков пластин, одно заливное, закрываемое резьбовой пробкой и вентиляционной. ¹В два крайних отверстия для надежного уплотнения полюсных выводов при изготовлении крышек заливают свинцовые втулки. Для надежного крепления наконечников стартерных проводов плюсовой и минусовой вывод -конусные. В зависимости от полярности выводы обозначаются знаками <+> и <->.Плюсовой вывод имеет больший диаметр. Сообщение внутренней полости бака с атмосферой осуществляется через отверстие. К выводам приваривают  меж аккумуляторные перемычки и верхнюю часть свинцовых втулок, установленных в крышках при изготовлении их. Выводы являются продолжением мостиков. Герметичность стыка крышек со стенками баков обеспечивается кислотоупорной мастикой, которая состоит примерно из 75% нефтяного битума№5 и 25% машинного масла.

Внутрь  каждого отсека бака устанавливается  блок разноименных пластин с сепараторами.

 Решетки  пластин  отливают из антикоррозионного  сплава, содержащего 92-93% свинца и  7-8% сурьмы. В сплав для решеток  положительных пластин, кроме  сурьмы, добавляют 0,1-0,2% мышьяка.  Сурьму и мышьяка добавляют  для увеличения механической  прочности и уменьшения коррозии  решетки, а также улучшения  литейных свойств сплава.

  Для  увеличения емкости аккумулятора  в ячейки решеток вмазывают  активную массу, изготовленную  из свинцового порошка и раствора  серной кислоты для отрицательных  и положительных пластин. Активная  масса пластин обладает большой  пористостью, а поэтому площадь  рабочей поверхности, соприкасающейся  с электролитом, увеличивается, и  в результате возрастает емкость  аккумулятора.

  Для  увеличения срока службы положительных   пластин активную массу упрочняют  добавки в нее полипропиленового  волокна. При такой технологии  изготовления положительных пластин  сепараторы из стекловолокна  не устанавливают.

  В  активную массу отрицательных  пластин при ее изготовлении  добавляют до 2% расширителей (сернокислый  барий и дубитель БНФ),предотвращающих усадку и быстрое затвердение  активной массы. В следствии этого ограничивается уменьшение проходного сечения пор в активной массе при эксплуатации аккумуляторной батареи и связанное с этим преждевременное уменьшение емкости и снижение срока службы пластин.

   Активная масса пластин вмазывается  в решетки с обеих сторон, после  чего пластины прессуют для получения большей пористости подвергают специальной обработке, заряда называется формированием.

  В  конце формирования большая часть  активной массы положительных  пластин превращается в перекись  свинца PbO2 (темно-коричневого цвета),а отрицательных –в губчатый свинец Pb(серого цвета), в следствие чего емкость аккумулятора увеличивается до номинальной величины. Заводы выпускают аккумуляторные батарей с сухими заряженными пластинами.

  Минимальный  срок службы аккумуляторной батареи  с одинарными сепараторами  из  мипласта или мипора-не менее 18мес при пробеге автомобиля не более 60 тыс. км ; для батарей с двойными сепараторами-не менее 24мес при пробеге автомобиля не более 75 тыс. км ..

  Аккумуляторные  батареи имеют на перемычках  обозначения, характеризующие: тип;  число последовательно соединенных  аккумуляторов(3 или 6),определяющее  номинальное напряжение(6 или 12 В);назначение(СТ- стартерная для автомобилей и автобусов или ТСТ- стартерная для автомобилей тяжелой службы, тракторов, сельскохозяйственных машин и т.п.); номинальную емкость при 20-часовом режиме разряда (А./ч);обозначение, характеризующее материал моноблока ( Э-эбонит, Т-полиэтилен, П-асфальтопековая пластмасса),буква, указывающих материал сепараторов(Р-мипор,М-мипласт,С-стекловолокно),и соответствующий ГОСТ.

  Примерно  условно обозначения батареи  с шестью последовательно соединенными  аккумуляторами, номинальной емкостью 75 А/ч,исполненной  в моноблоке из эбонита и сепараторами из мипласта : 6СТ-75ЭМ ГОСТ 959.15-71.

  Пример  условного обозначения батареи  для тяжелой службы с тремя  последовательно соединенными аккумуляторами, номинальной емкостью 150 А/ч, исполненной в моноблоке из эбонита и сепараторами из мипласта со стекловолокном: 3ТСТ-150ЭМСГОСТ 959.8-71.Все батареи выпускаются в сухозаряженном исполнении.

  Cтартёрные батареи при небольших габаритных размерах обладают малым внутренним сопротивлением и большой емкостью.²

  В  аккумуляторных батареях 6СТ-75, 6СТ-55(новой  конструкции)моноблок закрывается одной, общей для всех  аккумуляторов , пластмассовой крышкой, приваренной по периферии к наружным стенкам блока. Крышка закрывает меж аккумуляторные перемычки и имеет над каждым аккумулятором отверстие, закрываемое пробкой. Соединения крышки с торцами стенок моноблока при сборке уплотняются эпоксидной смолой, что предотвращает переливание электролита из одного аккумулятора в другой.

  Электролит  в карманы поступает из внутренней  полости каждого аккумулятора.

  Нагревательные  элементы  соединены параллельно  и подключены через термовыключатель к двум зажимам колодки , закрепленной на наружной стенке бака. При необходимости подогрева электролита подогреватель подключают к постороннему источнику электрической энергии напряжением 24В и мощностью не менее 600 ВТ. Термоэлемент автоматически включает нагревательные элементы  при температуре электролита ниже 10 С и отключает их из цепи при 15 С .

  Электроподогреватель используют только в зимнее время при хранении автомобиля на открытых площадках .Для уменьшения сопротивления аккумуляторных батарей 6СТ-190ТР-Н и 6СТ-190ТР в меж аккумуляторных перемычках и  выводах полу блоков  пластин при изготовлении их заливают медные пластины.

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

Работа  АКБ

   

В  заряженном аккумуляторе активная масса положительных  пластин состоит из перекиси свинца  PbO2  темно-коричневого цвета а активная масса отрицательных пластин- из губчатого свинца Pb серого цвета. ³При этом плотность электролита в зависимости от времени года  и района эксплуатации колеблется в пределах 1,25-1,31 г/см .

  При разряде  аккумулятора активная масса отрицательных пластин преобразуется из губчатого свинца Pb в сернокислый свинец PbSO4 c изменением цвета из серого в светло-серый.

 Активная  масса положительных пластин  аккумулятора преобразуется из  перекиси свинца PbO2 в сернокислый свинец PbSO4  с изменением цвета из  темно- коричневого в коричневый .

Анод:

Катод:

 

  Сернокислый  свинец PbSO4 принято называть сульфатом свинца .Практически при допустимом разряде аккумулятора в химических реакциях  участвует  не более 40-50 % активной массы пластин , так как к глубоким слоям  активной массы вследствие недостаточной ее пористости электролит в необходимом количестве не поступает .Отложение кристаллов PbSO4 на поверхности стенок  пор сужает и даже  закупоривает поры активной массы, что затрудняет  проникновение электролита к ее внутренним, более глубоким слоям. В виду этого часть химической энергии ,запасенной в виде PbO2 и Pb во внутренних слоях активной массы, не будет вступать в контакт с электролитом, что уменьшит емкость каждого аккумулятора батареи.

  Так  как в процессе разряда серная  кислота идет на образование  сернокислого  свинца PbSO4 при одновременном выделении воды H2O, то плотность электролита соответственно уменьшается с 1,25-1,31 до 1,09-1,15 г/см.

  Таким  образом , плотность электролита при 100%-ном разряде уменьшается на 0,16 г/см, следовательно, в период разряда аккумулятора уменьшение плотности электролита на 0,01 г/см соответствует снижению емкости аккумулятора на 6%.

Изменение плотности  электролита является одним из основных показателей степени разряда  аккумулятора.     

 Состояние  разряженного аккумулятора характеризуется  следующим химическим составом  активной массы пластин и составом  электролита:

Положительные  пластины ……………………PbSO4

Отрицательные   пластины ……………………PbSO4                                                                                                                                  2H2O

Электролит………………………………………H2SO4

При этом плотность  электролита равна 1,09-1,15г/см.

Для заряда аккумулятор включает в цепь параллельно  источнику постоянного тока (генератору, выпрямителю),напряжение которого должно превышать э.д .с заряжаемого аккумулятора.

   При заряде активная масса отрицательных пластин постепенно превращает из сернокислого свинца PbSO4 в губчатый свинец Pb(серого цвета ), а активная масса положительных пластин превращается из PbSO4 в перекись свинца PbO2(темно-коричневого цвета) ⁴.При этом вследствие образования H2SO4 при одновременном уменьшении H2Oплотность электролита увеличивается с 1,09-1,15 до 1,25-1,31 г/см .

  Состояние  заряженного аккумулятора характеризуется  следующим химическим составом  активной массы пластин и составом  электролита: 

Положительные пластины……………………PbO2

Отрицательные  пластины……………………Pb

2H2SO4

Электролит…………………………………….H2O

 

Как  только активная масса пластин преобразуется  в PbO2 и Pb,плотность электролита при дальнейшем заряде аккумулятора перестает повышаться, что служит признаком конца заряда аккумулятора .При дальнейшем заряде будет происходить только разложение воды на водород и кислород, которые, выделяясь в воздух, вызывают сильное бурление электролита.

 

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ремонт  АКБ

    

Короткое  замыкание в АКБ:

 Короткое  замыкание внутри АКБ возникает  между разноименными электродами  из-за накопления на дне   банки выпавшего активного вещества, образования на кромках отрицательных  электродов свинцового мостика  (губки) и в результате разрушение  сепараторов. Эти явления возможны при длительной перезаряде батарей, заряде токами большой силы, загрязнении и замерзании электролита. Внешние признаки короткого замыкания: очень малая величина э.д. с; быстрое повышение температуры при заряде; медленное повышение напряжение при заряде и быстрое его падение при выключение  тока; понижение плотности электролита.

  Для  устранения короткого замыкания  АКБ разбирают, заменяют поврежденные  сепараторы и электроды, удаляют  осадок и губку с кромок  электродов. После сборки АКБ   заряжают с одной перезарядкой .

Коробление  электродов:

Коробятся электроды из-за большой силы зарядного  и разрядного тока, повышенной температуры  электролита, нарушение правил пуска  двигателей стартером(часты и длительны его включения).Признаками коробления являются изменения внешней их формы и уменьшения  емкости АКБ из-за сокращения количества активного вещества вследствие  его выведения .Покоробленные электроды при ремонте  АКБ заменяют.

Сульфитация электродов:

Сульфитация(образование на  поверхности  активного вещества электродов кристаллов сульфата свинца) возникает при длительных и глубоких разрядах и ускоряется при снижении уровня электролита (оголение верхней части электродов), наличие в электролите органических примесей , повышение плотности и температуры электролита, наличии ускоренного саморазряда. Признаки сульфитации электродов АКБ: уменьшение емкости батареи; снижение    плотности электролита быстрое повышение при заряде напряжение батареи и температуры; преждевременное бурное газовыделение ; при запуске двигателя резкий спад напряжения вследствие малой емкости батареи.